电力转换装置和电力转换装置的控制方法与流程

本发明涉及电力转换装置和电力转换装置的控制方法。

背景技术：

作为本技术领域的背景技术，有日本特开平9-5114号公报(专利文献1)。该公报中记载了“按照来自外部的串行信号的命令，将旋转编码器的脉冲数、极数和识别编号等编码器的参数、和要安装的电动机等设备的编号、感应电压常数、惯性矩、粘性系数和它们的温度常数等电动机等设备的参数写入rom或者可电改写的rom或者非易失性的ram或者用电池后备的ram中而存储的电路”(参考权利要求1)。另外，记载了“在接收方手动输入旋转编码器的脉冲数和要安装的电动机等设备的信息”(参考“发明要解决的课题”)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-5114号公报

专利文献2：日本特开平6-105580号公报

专利文献3：日本特开2001-251889号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

专利文献1的技术中，在旋转编码器中需要存储脉冲数等编码器的参数的电路。

另外，作为旋转编码器的现有的问题点，存在在接收方手动输入编码器的脉冲数等设备信息这样的问题点。

于是，本发明中，目的在于提供一种电力转换装置和电力转换装置的控制方法，其在旋转编码器中不需要存储编码器的参数的电路，并且不需要手动设定编码器的脉冲数等设备信息。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，例如采用权利要求书中记载的结构。

本申请包括多种解决上述课题的手段，举其一例，特征在于：“一种电力转换装置，其通过开关电路的动作将交流电压或直流电压转换为任意的电压来控制电动机，其包括控制上述开关电路的动作的控制电路，上述控制电路基于来自位置检测器、相位检测器或速度检测器的信号，得到上述位置检测器、上述相位检测器或上述速度检测器的信息。”。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种电力转换装置和电力转换装置的控制方法，其在旋转编码器中不需要存储编码器的参数的电路，并且不需要手动设定编码器的脉冲数等设备信息。

上述以外的课题、结构和效果，将通过以下实施方式的说明而说明。

附图说明

图1是速度或位置检测器输出的信号的一例。

图2是速度或位置检测器输出的信号的一例。

图3是速度或位置检测器输出的信号的一例。

图4是速度或位置检测器输出的信号的一例。

图5是实施例1中的实施方式结构的一例。

图6是实施例2中的实施方式结构的一例。

图7是实施例3中的实施方式结构的一例。

图8是实施例4中的实施方式结构的一例。

具体实施方式

以下使用附图说明本发明的实施例。其中，以下说明中，对各图中共通的构成要素附加相同的符号，省略关于它们的重复的说明。

使用矢量控制进行电动机的驱动控制的电力转换装置，需要电动机的旋转速度或旋转位置信息，一般使用速度或位置检测器。

图1是速度或位置检测器输出的信号的一例。

图1所示的信号是on和off的宽度相等的脉冲，检测器每1转输出规定数量。

根据检测器每1转的脉冲数如下所述地计算旋转位置。

[式1]

另外，也可以利用脉冲的上升沿和下降沿计算旋转位置。该情况下，能够通过将脉冲置换为边沿来计算。在利用脉冲的上升沿和下降沿的情况下，检测器每1转的边沿数与检测器每1转的脉冲数相等。

另外，也存在以提高精度为目的而利用脉冲的两个边沿的情况。该情况下的检测器每1转的边沿数是检测器每1转的脉冲数的2倍。

另外，旋转速度如下所述地计算。

[式2]

利用边沿的情况下，与上述同样，能够通过将脉冲置换为边沿来计算。

图2是速度或位置检测器输出的信号的一例。

信号200与图1所示的信号同样，是on和off的宽度相等的脉冲，检测器每1转输出规定数量。信号201是与信号200同样的脉冲，但与信号200相比具有90°相位差203的延迟。信号202在检测器每1转时输出1个脉冲，多用作旋转位置的基准。

旋转速度和旋转位置与上述同样地计算，但以提高精度为目的，通常特别使用信号200和信号201的两个边沿。该情况下的检测器每1转的边沿数是检测器每1转的脉冲数的4倍。

另外，根据90°相位差203的关系，例如在信号200的上升沿之后检测出信号201的上升沿的情况下为正转，检测出下降沿的情况下为反转等，通过监视两个边沿也可以得知旋转方向。

图3是速度或位置检测器输出的信号的一例。

信号300中，检测器每1转输出规定周期数的正弦(余弦)波。信号301是与信号300同样的正弦(余弦)波，但与信号300相比具有90°相位差303的延迟。

旋转速度和旋转位置、旋转方向能够通过将正弦(余弦)波转换为脉冲而用与上述同样的方法计算。该情况下，检测器每1转的脉冲数与检测器每1转的周期数相等。另外，有时也用正切来计算旋转位置，根据旋转位置的增减计算旋转方向。

图4是速度或位置检测器输出的信号的一例。

信号400中，检测器每1转输出规定周期数的正弦(余弦)波。信号401是与信号400同样的正弦(余弦)波，但与信号400相比具有120°相位差303的延迟。信号402是与信号400同样的正弦(余弦)波，但与信号401相比具有120°相位差404的延迟。

旋转速度和旋转位置、旋转方向通过应用克拉克变换能够与上述同样地求出。

另外，上述检测器被安装在电动机的轴上的情况下，上述检测器与电动机的旋转速度、旋转位置和旋转方向相等。

(实施例1)

图5是实施例1中的实施方式结构的一例。

进行三相交流感应电动机510的驱动控制的电力转换装置501，具有整流电路502、平滑电路503、开关电路控制器505、开关电路507、电流检测器508、电动机状态推定器513、检测器信息推定器515、异常判断器517。为了方便，将开关电路控制器505、电动机状态推定器513、检测器信息推定器515、异常判断器517合称为控制部。

从三相交流电源500输出的三相交流电压，被整流电路502整流，被平滑电路503平滑，生成直流电压。也可以使用单相交流电源代替三相交流电源500，将单相交流电压输入至整流电路502。另外，也可以不使用交流电源，而是使用直流电源直接得到直流电压。

开关电路控制器505为了从开关电路507输出基于电压指令504的电压，而生成开关电路控制信号506。

开关电路507基于开关电路控制信号506将直流电压转换为三相交流电压。

电流检测器508检测从开关电路507输出的三相交流电流。也可以仅检测2相，根据三相交流的总和为零，计算其余1相。另外，也可以代替高价的电流检测器508地，在平滑电路503的正极侧和负极侧设置廉价的分流电阻，根据该分流电阻中流过的电流推定三相交流电流。

位置检测器511安装在电动机上，输出至少1个信号的检测器每1转规定数量的脉冲或规定数量的边沿或规定周期数的正弦(余弦)波作为电动机的旋转位置信息。位置检测器例如有编码器、同步分解器(resolver)、霍尔传感器等。输出多个信号的情况下，检测器每1转的脉冲数和正弦(余弦)周期数对于每个信号可以不同。另外，存在检测电角的检测器和检测机械角的检测器，但因为能够按电动机的极数(极对数)转换，所以以下视为相同。

电动机状态推定器513基于电压指令504和检测电流509中的至少一项，推定三相交流感应电动机510的旋转速度。感应电动机的速度推定方法，例如有日本特开平6-105580号公报(专利文献2)中记载的方法。也可以推定感应电动机的旋转位置，利用旋转速度与旋转位置成微积分的关系，计算旋转速度。

检测器信息推定器515根据推定电动机旋转速度514和检测位置信号512来推定检测器信息。在检测位置信号512存在多个的情况下，也可以推定与各信号对应的检测器信息。例如，通过推定多个检测器信息并进行平均化，也能够减少噪声等的影响。

异常判断器517判定推定检测器信息516是否满足内部预先设定或者由外部设定的条件，输出警报信号518。在推定检测器信息516存在多个的情况下，可以对各检测器信息设定条件，基于至少1个来输出警报信号518。另外，也可以基于推定检测器信息516中的至少2个来输出警报信号518。通过基于多个推定检测器信息输出警报信号，能够更可靠地对用户通知检测器信息的异常。作为输出警报信号518的条件，例如有检测器每1转的脉冲数或边沿数或周期数脱离电力转换装置中能够设定的范围的情况，或者至少2个检测器每1转的脉冲数或边沿数或周期数不一致的情况等。

以下说明检测器信息的推定方法。

例如，用日本特开平6-105580号公报(专利文献2)中记载的方法，使三相交流感应电动机510以任意的旋转速度旋转时，将基于该旋转速度的推定电动机旋转速度514和检测位置信号512输入到检测器信息推定器515。检测器信息推定器515中，能够根据输入的推定电动机旋转速度514和检测位置信号512，如下所述地求出电动机每1转的脉冲数。

[式3]

式3的脉冲计数和脉冲计数时间可以是与上次推定时的差。

位置检测器511安装在三相交流感应电动机510的轴上的情况下，电动机每1转的脉冲数与检测器每1转的脉冲数相等，所以能够得到检测器信息。

脉冲的边沿和正弦(余弦)波的情况下，与上述同样地将脉冲置换为边沿或周期即可。

另外，检测器信息推定器515中，判断每1转的脉冲数等检测器信息在电力转换装置的设定值和推定值中不同的情况下，可以将设定值置换为推定值，用于旋转速度和旋转位置的计算。

(实施例2)

图6是实施例2中的实施方式结构的一例。

进行三相交流感应电动机510的驱动控制的电力转换装置601具有开关电路控制器605、开关电路607、异常判断器617、配线状态推定器619。为了方便，将开关电路控制器605、异常判断器617、配线状态推定器619合称为控制部。

开关电路控制器605为了从开关电路607输出基于电压指令504的电压，而生成开关电路控制信号506。

开关电路607将从三相交流电源500输出的三相交流电压转换为基于开关电路控制信号506的三相交流电压。

配线状态推定器619根据检测位置信号512推定配线状态。在检测位置信号512存在多个的情况下，也可以推定与各信号对应的推定配线状态620。另外，如上所述，也可以在电力转换装置中具备电流检测器和电动机状态推定器，推定电动机的旋转速度和旋转位置，基于检测位置信号和旋转速度或旋转位置推定配线状态。

异常判断器617判定推定配线状态620是否满足内部预先设定或者由外部设定的条件，输出警报信号518。在推定配线状态620存在多个的情况下，可以对各检测器信息设定条件，基于至少1个输出警报信号518。另外，也可以基于推定配线状态620中的至少2个输出警报信号518。通过基于多个推定配线状态输出警报信号，能够更可靠地对用户通知配线状态的异常。作为输出警报信号518的条件，例如有电力转换装置601与位置检测器511的推定配线相序与设定配线相序不同的情况，或者至少2个推定配线相序不一致的情况，或者至少1个配线断线的情况等。

以下说明配线状态620的推定方法。

例如，在v/f恒定控制中，使三相交流感应电动机510以任意的旋转速度旋转时，将基于该旋转速度的检测位置信号512输入到配线状态推定器619。配线状态推定器619中，例如用上述方法等计算检测器的旋转方向。根据计算出的旋转方向，可知输入的检测位置信号512的相位关系、即电力转换装置601与位置检测器511的配线的相序。

另外，电力转换装置601与位置检测器511的配线断线的情况下，即使三相交流感应电动机510正在旋转，也仅有断线的配线的脉冲保持为on或off。从而，在输入到配线状态推定器619的检测位置信号512中，存在脉冲保持为on或off的信号的情况下，该配线断线。

这样，能够不使用电动机状态推定器地，推定配线相序和断线等配线状态。

另外，也能够在电力转换装置601中具备电动机状态推定器，推定电动机旋转速度和旋转位置，用推定电动机旋转速度或旋转位置推定配线状态。根据能够由推定电动机旋转速度的符号和推定电动机旋转位置的增减计算出的旋转方向、和能够由检测位置信号512计算出的旋转方向，可知配线的相序。进而，对推定电动机旋转速度或旋转位置、与能够由检测位置信号512计算出的旋转速度或旋转位置进行比较，例如根据是否一致，能够判断配线的断线。

使用脉冲的边沿和正弦(余弦)波的情况下，也能够同样地考虑，进行配线状态的推定。

另外，例如在配线状态推定器619中判断配线的相序等配线状态在电力转换装置的设定配线状态和推定配线状态中不同的情况下，可以将设定配线状态置换为推定配线状态，用于旋转方向的计算。

(实施例3)

图7是实施例3中的实施方式结构的一例。

进行三相交流永磁同步电动机710的驱动控制的电力转换装置701具有整流电路502、平滑电路503、开关电路控制器505、开关电路507、电流检测器508、电动机状态推定器713、检测器信息推定器715、异常判断器517。为了方便，将开关电路控制器505、电动机状态推定器713、检测器信息推定器715、异常判断器517合称为控制部。

速度检测器711检测检测器的旋转速度。另外，存在检测电动机的电角速度的检测器和检测机械角速度的检测器，但因为能够按电动机的极数(极对数)转换，所以以下视为相同。

电动机状态推定器713基于电压指令504和检测电流509中的至少1项，推定三相交流永磁同步电动机710的旋转位置。作为永磁同步电动机的位置推定方法，例如有日本特开2001-251889号公报(专利文献3)中记载的方法。也可以推定永磁同步电动机的旋转速度，利用旋转速度与旋转位置成微积分的关系，计算旋转位置。

检测器信息推定器715根据推定电动机旋转位置714和检测速度信号712推定检测器信息。作为要推定的检测器信息，例如检测速度信号712是电压或电流等模拟量的情况下，存在模拟量与检测器的旋转速度的关系。例如，模拟量与检测器的旋转速度成比例关系的情况下，是斜率(增益，gain)和截距(偏置，bias)等。另外，例如通过对推定电动机旋转位置714的增减和检测速度信号712的增减进行比较，可知检测器的旋转方向。

作为由异常判断器517输出警报信号518的条件，例如有上述斜率或截距的值脱离规定范围的情况，或者至少2个上述换算增益或偏置的值不一致的情况等。

另外，通过在电力转换装置701中具备配线状态推定器，对检测速度信号712与能够由推定电动机旋转位置714计算出的旋转速度进行比较，可知电力转换装置701与速度检测器711的配线状态、例如配线的断线等。

另外，在三相交流永磁同步电动机710中安装位置检测器代替速度检测器711的情况下，因为旋转速度与旋转位置成微积分的关系，所以也能够同样地推定检测器信息和配线状态。

(实施例4)

图8是实施例4中的实施方式结构的一例。

进行三相交流感应电动机510的驱动控制的电力转换装置801具有整流电路502、平滑电路503、开关电路控制器505、开关电路507、异常判断器817、关联性推定器825。为了方便，将开关电路控制器505、异常判断器817、关联性推定器825合称为控制部。

负载装置822经由传动机构821与三相交流感应电动机510连接。作为传动机构821，例如有齿轮、链、传动带等。

位置检测器823安装在负载装置822上，输出至少1个信号的检测器每1转规定数量的脉冲或规定数量的边沿或规定周期数的正弦(余弦)波。在输出多个信号的情况下，检测器每1转的脉冲数或正弦(余弦)周期数对于每个信号可以不同。

关联性推定器825基于检测位置信号512和检测位置信号824，推定三相交流感应电动机510与负载装置822的关联性。因为旋转速度与旋转位置呈微积分的关联性，所以也可以在三相交流感应电动机510和负载装置822中安装速度检测器代替位置检测器，基于检测速度推定三相交流感应电动机510与负载装置822的关联性。要推定的关联性例如有旋转速度比和旋转位置比。也可以根据旋转速度比和旋转位置比计算传动比和滑轮直径等传动机构信息。要推定的关联性或传动机构信息可以是多个。

异常判断器817判定推定关联性826是否满足内部预先设定或者由外部设定的条件，输出警报信号518。在推定关联性826存在多个的情况下，可以对各检测器信息设定条件，基于至少1个输出警报信号518。通过基于多个推定关联性输出警报信号，能够更可靠地对用户通知关联性的异常。作为输出警报信号518的条件，例如有推定关联性826脱离规定范围的情况等。也可以代替推定关联性826地基于推定传动机构信息输出警报信号518。

另外，也可以在电力转换装置801中具备检测器信息推定器和配线状态推定器，基于来自负载装置822上安装的速度或位置检测器的检测信号，推定检测器信息和配线状态。此时，也可以在电力转换装置801中具备电流检测器和电动机信息推定器，基于推定电动机旋转速度或旋转位置，推定检测器信息和配线状态。

上述说明的检测器信息或上述配线状态或上述关联性或上述传动机构信息的推定，可以在用户指定的时刻实施，也可以在电力转换装置与速度或位置检测器的配线完成时自动实施。

上述实施例主要是关于检测旋转速度和旋转位置的检测器的说明，但对于检测直线速度和直线位移的检测器也能够同样地考虑。

另外，本发明不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须包括说明的所有结构。另外，可将某实施例的构成的一部分置换为其它的实施例的结构，另外，还能够在某实施例的结构上增加其它实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。另外，上述各结构、功能、处理部、处理单元等的一部分或全部，例如可以通过集成电路设计等而用硬件实现。另外，上述各结构、功能等，也可以通过处理器解释、执行实现各功能的程序而用软件实现。实现各功能的程序、表、文件等信息，能够保存在存储器、硬盘、ssd(solidstatedrive)等记录装置、或者ic卡、sd卡、dvd等记录介质中。

附图标记的说明

200，201，202，300，301，400，401，402……信号

203，303……90°相位差

403，404……120°相位差

500……三相交流电源

501……电力转换装置

502……整流电路

503……平滑电路

504……电压指令

505……开关电路控制器

506……开关电路控制信号

507……开关电路

508……电流检测器

509……检测电流

510……三相交流感应电动机

511……位置检测器

512……检测位置信号

513……电动机状态推定器

514……推定电动机旋转速度

515……检测器信息推定器

516……检测器信息

517……异常判断器

518……警报信号

601……电力转换装置

605……开关电路控制器

607……开关电路

617……异常判断器

619……配线状态推定器

620……推定配线状态

701……电力转换装置

710……三相交流永磁同步电动机

711……速度检测器

712……检测速度信号

713……电动机状态推定器

714……推定电动机旋转位置

715……检测器信息推定器

801……电力转换装置

817……异常判断器

821……传动机构

822……负载装置

823……位置检测器

824……检测位置信号

825……关联性推定器

826……推定关联性。